半导体的发展：半导体从出现到发展到现在的阶段，经过了六十几的时间。第一个放大器产生于1938年，是由波欧（Robert Pohl）与赫希（Rudo if H

ilsch）所做的，使用的是溴化钾晶体与钨丝做成的闸极管的固态三端子元件的实用性。

二次大战后，美国的贝尔实验室（BellLab），成立了固态物理的研究部门。1947年11月17日，巴丁与布莱登（W alter Brattain 

1902~1987）在矽表面滴上水滴，用涂了蜡的钨丝与矽接触，再加一一伏特的电压，发现流经接点的电流增加了。但若想得到足够的功率放大，相邻两接两接触点的距离要接近到千分之二英寸以下。12月16日，布莱登用一块三角形塑料，在塑料角上贴上箔，然后用刀片切开一条细缝，形成距离很近的电极，其中，加正压的称为射极（emitter）,负电压的称为集极（collector）,塑料下方接触的锗晶体就是基极（base），构成第一个点接触电晶极。

19545年5有，第一颗以矽做成的电晶体才由美国德州仪器公司（Texas Instrum 

ents）开发成功；约在同时，利用气体扩散来把杂质掺入半导体的技术也由贝尔实验室与奇异公司研发出来；在1975年底，各界已制造出六百种以上不同形式的电晶体，使用于包括无线电、收音机、电子计算机甚至助听器等等电子产品。但其结构皆属于高台式的。

1958年，快捷半导体公司（Fairchild Sen iconductor）发展出面工艺技术（planar

technology），借着氧化、黄光微影、蚀刻、金属蒸镀等技巧，可以很容易地矽晶片的同一面制作半导体元件。1960年，磊晶术也技也由贝尔实验室发展出来了。至此，半导体工业获得了可以批次生产的能力，终于站稳脚步，开始快速成长。

半导体发展到今天，其加工工艺种类越来越繁多，而且工艺越来越成熟，设备越先进。

掺杂技术做为一项重要的技术，被广泛应用于IC生产中。半导体的掺杂技术主要有扩散工艺和离子注入两种形式。

1、扩散技术

扩散技术出现在于50年代，长期以来在晶体管和集成电路生产中得到广泛的应用。扩散技术的原理是利用物质在热运动下，会从浓度高处的向浓度低的地方运动，并最终使其分布趋于稳定。扩散法是将掺杂气体导入放有硅片的高温炉，将杂质扩散到硅片内一种方法。优点是可以批量生产，获得高浓度掺杂。杂质扩散有两道工序：预扩散

( 又称预淀积 Predeposition) 和主扩散 (drivein) 。

预扩散工序是在硅表面较浅的区域中形成杂质的扩散分布，这种扩散分布中，硅表面杂质浓度的大小是由杂质固溶度来决定的。

主扩散工序是将预扩散时形成的扩散分布进一步向深层推进的热处理工序。其是通过固态扩散向半导体内引入施主或受主杂质，这种方法需要将硅置于适当杂质的蒸汽中加热，其温度要在900℃以上。由于固态扩散技术非常简单，使得这种方法在半导体掺杂上较为盛行。在设备方面，所需要的仅仅是一个能将半导体晶体温度升至900℃以上的炉子。但是，这种方法必须要采用氧化掩膜技术，以保证杂质仅仅引入到根据设计所选定的某些晶片的区域中。

常用的扩散方法按其扩散的不同可分为：液态源扩散、片状源扩散、固固扩散和双温区锑扩散。

（1）液态源扩散：其主要是使保护气体通过含有扩散杂质的液态源，从而携带杂质蒸汽进入处于高温下的扩散炉中。杂质蒸汽在高温下分解，形成饱和蒸汽压，原子通过硅片的表面向内部扩散。其特点主要是设备简单、操作方便、均匀性好，适于批量生产。

（2）片状源扩散：其扩散源为片状固体扩散源，外形与硅圆片相同，扩散时将其与硅片间隔放置，并一起放入高温扩散炉中。

（3）固—固扩散：在硅片表面用化学汽相淀积等方法生长薄膜的过程中同时在膜内掺入一定的杂质，然后以这些杂质为扩散源在高温下向硅片内部扩散。薄膜可以是掺杂的氧化物、多晶硅、氮化物等。目前，以掺杂氧化物最为成熟，其在集成电路生产中得到广泛的应用。

（4）双温区锑扩散：其在加工时，扩散炉分两个区域，一个为低温区（一般950℃），其用来放置掺杂源Sb2O3以控制杂质蒸汽压；另一个为放置硅片的高温区（一般1250℃），扩散时，利用保护气体通过低温区携带Sb2O3蒸气进入高温区，从而完成扩散过程。

以上四种扩散方法都可以通过控制扩散温度、扩散时间以及气体流量实现对掺入杂质量的控制，扩散技术在结深为1um以上的半导体器的生产中得到广泛的应用。

2、离子注入技术

随着VLSI的发展，器件尺寸不断减小，这个就对掺杂技术提出了更高的要求，在这种情况下离子注入技术就很好的发挥它的优势。离子注入的基本原理是：用能量为100keV量级的离子束入射到材料中去，离子束与材料中的原子或分子将发生一系列物理的和化学的相互作用，入射离子逐渐损失能量，最后停留在材料中，并引起材料表面成分、结构和性能发生变化，从而优化材料表面性能，或获得某些新的优异性能。

例如：采用离子注入技术将硼原子注入到硅中的工艺，则需要有一个硼离子源和一个离子加速器，将硼离子的动能增加到几百千伏。带正电荷的硼离子是将硼气体暴露在辐射源中形成的。然后，使这些离子穿过（fall through）象电容一样的金属片和硅片之间所形成的一个很大的直流电位差。这些高能硼离子穿透进入带负电的硅晶体几个微米左右（or fractions）的距离，在那里成为掺杂受主离子。

此项高新技术由于其独特而突出的优点，已经在半导体材料掺杂，金属、陶瓷、高分子聚合物等的表面改性上获得了极为广泛的应用，取得了巨大的经济效益和社会效益。作为一种材料表面工程技术，离子注入技术具有以下一些其它常规表面处理技术难以达到的独特优点：（1）它是一种纯净的无公害的表面处理技术；（2）无需热激活，无需在高温环境下进行，因而不会改变工件的外形尺寸和表面光洁度；（3）离子注入层由离子束与基体表面发生一系列物理和化学相互作用而形成的一个新表面层，它与基体之间不存在剥落问题；（4）离子注入后无需再进行机械加工和热处理。

与扩散技术相比较而言，离子注入则需要一个更为复杂且昂贵的加速器，而且晶片的生产效率较低。不过，通过离子注入所引入的杂质的浓度可精确控制，特别是在掺杂浓度要求较低的情况下，离子注入技术应用非常广泛。而热扩散是一个较为温和的过程，与离子注入所需要的轰击相比，对半导体晶体所产生的损伤要小得多；而离子注入则由于在注入过程中，注入到样片在的高能离子将不断地与原子核及核外电碰撞，与核外碰撞时相互质量差异不大，碰撞中离子损失的能量较多，且可能发生大角度散射。同时可能使靶原子核离开晶格位置，造成晶格损伤。当剂量很高时，即单位面积样片上注入的离子数很多时，甚至会使单晶硅严重损伤成为无定形硅，基于这种原因，离子注入在结束以后都要进行退火处理，为的是一方面使靶材料恢复晶体状态，消除晶体中引入的结构缺陷，同时起到使注入离子激活的作用。

对于半导体中的杂质的引入，离子注入与扩散掺杂相比有如下优点：

（1）、能精确控制杂质水平，特别是低杂质浓度；

（2）、具有非常好的浅掺杂层的深度控制；

（3）、处理温度非常低；

（4）、可以产生特殊的杂质分布轮廓；

（5）、有可能注入不溶于半导体的离子。

但同时离子注入也存在缺点：

（1）、高能离子注入所产生的晶格损伤必须经过热退火处理或激光退火处理；

（2）、高浓度的离子掺杂受到限制；

（3）、在不存在严重的晶格损伤的条件下，离子注入的深度有限；

（4）、离子穿透是各向异性的（即在各个晶向上离子穿透是不同的）；

（5）、生产产量有限；

（6）、离子注入设备复杂且昂贵。

离子注入作为一顶重要的技术，其应用越来越广泛了。在目前的制作工艺中，通常采用扩散与离子注入相结合的方法或全离子注入的方法得到一定掺杂杂质浓度的分布，其广泛应用于三极管、二极管等器件的生产工艺中；离子注入也由于可实现低掺杂而被使用在MOS电路中以及集成电路。

虽然离子注入得到广泛的应用，但其还存在着些许问题。如离子注入设备方面,近年来由于杂质形成的工艺条件要求浅接合、高浓度，因此最大的课题是如何满足这些要求。形成源极和漏极的接合深度在100nm工艺的CMOS晶体管中为30—40nm。而加速能量则必须达到0。5~1KeV。而且今后在65nm工艺中，接合深度必须达到15~20nm，加速能量为0.2KeV左右。为了满足这些要求，离子注入设备就必须提高在超低加速条件下的性能。另一方面，作为离子注入设备方面的问题是，由于加速能量越低，离子束在输送过程中就越容易扩散，从而就会因无法得到足够的离子电流，而造成流量下降。别外，在这种低能量注入方式中，为了避免离子束电流的下降，使用的是被称为差动方式的加速方式，但是由于这种加速方式在离子束输送过程中发生所需能量以外的离子注入现象（能量污染），结果就会产生接合深度不符合要求的问题。因此通过对真空精度等进行管理，来防止产生不必要的能量污染是非常重要的。今后最大的课题是提高在低加速能量的条件下所能够得到的离子束电流。另外，离子注入后的热处理过程在确定接合深度和杂质层的电阻方面也是非常重要的，在确定工艺之时，应该利用这两个方面进行分析。

随着科技的发展，特别是半导体向微型方向发展，离子注入技术将会得到更加广泛的应用。但是做为一工艺，离子注入技术还有很有方面需要改进，诸如，退火技术还不够理想；再者其存在对材料表面的损伤；高浓度掺杂受限；生产无法大批生产……这些都是需要改进的，今后的离子注入技术的发展将依赖于这些方面的提高。